산화아연 피뢰기 열폭주

정의

산화아연 피뢰기 열폭주는 소자 온도가 통제 불능이 되어 파괴에 이르는 현상이다.

온도 상승이 누설전류를 키우고, 그 전류가 다시 온도를 올리는 고리가 핵심이다.

열폭주 원리

열폭주는 온도 상승이 저항을 낮추고, 낮아진 저항이 누설전류를 키우는 구조다.

늘어난 누설전류가 다시 발열을 키우면 이 고리가 반복된다.

이것이 양성 피드백이다. 발열이 방열을 넘으면 온도는 스스로 올라간다.

발열과 방열

발열량은 누설전류의 제곱에 저항을 곱한 값이다. 저항은 온도에 따라 변한다.

방열량은 열전달계수, 방열면적, 소자와 주위 온도 차로 정해진다.

발열이 방열보다 커지는 조건이 지속되면 열폭주가 생긴다.

계산 예제

6.6kV 계통의 상전압은 약 3.81kV다. 여기에 누설전류를 곱하면 소자 손실이 된다.

누설전류 1.0mA일 때 손실은 약 3.8W이고, 2.0mA로 늘면 약 7.6W다.

누설전류가 2배가 되면 발열도 2배가 된다. 이 발열이 온도를 올리면 악순환이 된다.

헷갈리는 현상 구별

열폭주는 과열이나 방전 내량 초과와 원인이 다르다. 표로 구별해 보자.

열폭주는 온도가 열 발생을 키우는 양성 피드백에서 생긴다.

과열이나 내량 초과와 달리 열폭주는 스스로 가속되므로 외부 조치 없이 멈추지 않는다.

대책

열폭주 대책은 열 발생을 줄이는 방향과 열 방출을 늘리는 방향으로 나눈다.

상용전압 여유 확보와 누설전류 감시는 발열을 줄이고, 방열 구조는 열을 빼낸다.

폴리머 외함은 열저항이 작아 열이 잘 빠진다. 누설전류 검사는 열폭주 전에 잡는 실용적 수단이다.

정리

이번 절을 정리한다.

열폭주는 온도, 저항, 누설전류, 발열이 서로를 키우는 양성 피드백이다.

답안에는 열폭주, 누설전류, 방열 조건을 반드시 쓰고 대책은 두 방향으로 나눈다.